為什麼有了口罩機還不能造出口罩

是因為缺口罩核心材料：熔噴布

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醫用口罩的結構

要了解熔噴布的作用，首先要明白口罩的設計結構。

醫用口罩屬于第二類醫療器械，大部分為自吸式過濾口罩，其工作原理是使含有害物的空氣通過醫用口罩的濾料過濾後再被人吸入或者呼出。

産品結構組成

醫用口罩一般由以下材料構成：

主體過濾材料：如聚丙烯熔噴布等。

其他材料：金屬（用于鼻夾）、染色劑、彈性材料（用于口罩帶）等。

剪開一個已經使用過的醫用口罩，你會發現：口罩有三層，（内層）吸濕層、（中層）核心過濾層、和（外層）阻水層。

因為按照國家的生産規定，醫用口罩至少包含3層無紡布（N95 級别口罩，結構上做了優化：（中層）核心過濾過濾層層數更多了，厚度更厚了）。

醫用外科口罩結構示意圖

（S層：聚丙烯專用樹脂 M層：高熔融指數的聚丙烯專用樹脂）

N95 級别口罩結構示意圖（圖片來源于霍尼韋爾，如侵權請通知删除）

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熔噴布是什麼？作用原理是什麼？

熔噴布，俗稱口罩的“心髒”，是口罩中間的過濾層，能過濾細菌，阻止病菌傳播。熔噴布是一種以高熔融指數的聚丙烯為材料，由許多縱橫交錯的纖維以随機方向層疊而成的膜，纖維直徑範圍 0.5~10 微米，其纖維直徑大約有頭發絲的三十分之一。

下圖是拍攝的熔噴布結構照片：

（飛納台式掃描電鏡拍攝）

有同學看到圖片會擔憂了，熔噴布空隙這麼大，是怎麼過濾環境中的病毒的呢？雖然新型冠狀病毒尺寸很小，在 100 納米（0.1 微米）左右，但是病毒無法獨立存在，其傳播途徑主要有分泌物和打噴嚏時的飛沫，飛沫的大小在 5 微米左右，這是其一，第二，熔噴布本質上是一種纖維過濾器，通過多種過濾機制實現對飛沫等顆粒的過濾。根據飛沫顆粒的大小和氣流速度，纖維通過多種機制捕捉含病毒飛沫：

纖維過濾機理示意圖

1、慣性沉積：inertial impaction

粒子通過過濾材料彎曲的網狀通道時，粒子由于慣性作用脫離氣流撞擊過濾纖維，并受分子引力作用被截留。大粒子、高密度、速度快時截留效果好。

2、截留沉積：interception

随氣流運動的較大粒子被過濾材料的機械篩濾作用截留。粒子直徑與濾膜纖維的直徑的比率影響攔截效率。

3、擴散沉積：diffusion

粒子布朗運動擴散位移到過濾纖維，受分子引力作用而被吸附。最易捕捉小尺度粒子、細纖維和低速運動的粒子。

4、靜電吸引沉積：electrostatic attraction

粒子被過濾纖維的靜電作用産生的沉積。

顆粒越小時，1、4沉積效應越強，顆粒越大時，2、3效果越好，所以并非越小的顆粒越難被過濾。

而要起到以上這些過濾作用，要求纖維的直徑要盡量細，而熔噴布纖維直徑在 0.5-10 微米之間，比表面積大，排列緻密高，過濾性能好。在醫用外科口罩與 N95 口罩中均使用熔噴布作為核心過濾層，對含病毒的飛沫或氣凝膠均具有良好的過濾效果。

口罩的S層和M層盡管原料都是聚丙烯專用樹脂，但熔噴布專用料與其他無紡布原料在生産工藝和性能上存在很大差異。

熔噴布▲

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熔噴布怎麼來的？

熔噴布專用料就是高熔融指數的聚丙烯。聚丙烯熔融指數越高，熔噴出的纖維就越細，制成的熔噴布過濾性也越好。

熔噴布專用料 李英豪攝▲

下面看看熔噴布怎麼生産出來的：

别小看這段視頻，2月23日，上海石化緊急研發轉産的熔噴無紡布專用料試産成功，每天可生産6噸，将助力新增一次性醫用口罩近600萬片/天。

由于熔噴布的原材料聚丙烯取自石油，因此石化企業在生産熔噴布上具有優勢。為了解決高熔融指數難題，上海石化抽調力量組建了研發團隊開展配方研究、測試分析和放大試驗等工作，努力克服設備、技術種種困難，才終于成功攻克高熔融指數聚丙烯改性生産難題。

員工正對樣品的熔融指數進行分析 徐若舜攝▲

據悉，通過工藝優化，上海石化有望短期内每天再增産約2噸，達到日産8噸熔噴布專用料。要知道此前國内熔噴無紡布較為小衆，年産能為5.35萬噸，占無紡布産能的1%，主要用于生産口罩、環保材料、服裝、電池隔膜等産品。

李英豪攝▲

據說上海石化以往産品的熔融指數，隻有口罩熔噴布專用料的三十分之一。面對擠出機切粒速度慢、冷卻距離短、螺杆長度不夠等硬件不足的挑戰，該公司通過改造電控系統和傳動系統、調用其它生産線水槽、優化模頭等，想方設法在現有設備條件下進行緊急改造和調整，以滿足生産需要。

04

内容延伸：不必非要N95

N95是美國國家職業安全與健康研究所（NIOSH）最早提出的标準，“N”是指“不适合油性顆粒物”，“95”是指在 NIOSH 标準規定的檢測條件下，對 0.3 微米顆粒的阻隔率須達到 95% 以上。因此，N95 不是特定的産品名稱，而是一種标準，隻要通過 NIOSH 審查并達到這個标準的口罩都可以稱為“N95”，與 N95 口罩等效的國内标準口罩為 KN95。

醫用外科口罩不同于一般的醫用口罩，在名稱中，有“外科”兩個字。兩者從外表看，沒有太大區别，但是，防護标準并不相同。醫用外科口罩執行是 YY 0469-2011 《醫用外科口罩技術要求》，比普通醫用口罩的防護效果會更好一些。

對比了 N95 口罩和醫用外科口罩的截面圖，掃描電鏡圖片可以清晰看出，整體原理和結構是一緻的。不同的是，外科口罩的熔噴布厚度為 156 微米，而 N95 級口罩的熔噴布層厚度為 521 微米，是外科口罩的 3 倍 。

醫用外科口罩截面圖，飛納台式掃描電鏡拍攝

N95 口罩截面圖，飛納台式掃描電鏡拍攝

國家衛健委高級别專家組組長鐘南山院士在接受央視《新聞1 1》采訪時提醒大家，實際上普通人日常生活中的防護，不一定非要戴 N95 口罩，一般的醫用型防護口罩，是能阻擋大部分帶有病毒的飛沫進入呼吸道的，在公共場合也就夠用了。

在物資充足的情況下，選用 N95 口罩自然沒有問題，但 1 個 N95 口罩會消耗 3-4 個外科口罩的原料，在當前春節剛剛複工，原材料緊缺的背景下，我們呼籲讀者遵守鐘南山院士的倡議，減少 N95 口罩的消耗，把 N95 口罩留給真正需要的醫護人員和疫區的同胞們，把生産資源留給外科口罩。

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